Некоторые особенности режимов работы главного двигателя с винтом регулируемого шага

При работе на гребной винт (ГВ) режим главного двигателя подчиняется прямому силовому действию ГВ, т.е. развиваемая мощность ГД на различных режимах работы соответствует мощности, потребляемой ГВ. В этом случае двигатель работает по так называемой винтовой характеристике.

В установках с гребным винтом фиксированного шага (ВФШ) изменение режима работы двигателя в обычных эксплуатационных условиях осуществляется непосредственно путем управления и регулирования двигателя за счет изменения подачи топлива. При этом жесткая связь работы ГД и ГВ их совместная согласованность, определяет режим работы ГД и ограничивает его возможности полного использования номинальной мощности в различных изменяющихся условиях плавания судна. Такая связь ГД с ВФШ в зависимости от эксплуатационных условий судна, когда существенно меняется сопротивление его движению (изменение осадки, мелководье, штормовые условия, обрастание корпуса и ГВ и др.), приводит к режимам работы ГД на гидродинамически «тяжелый» или «легкий» винт, а также значительно сужает маневренные качества судна.

Применение ВРШ во многом снимает вышеуказанные недостатки ВФШ за счет того, что изменение нагрузки двигателя в установках с ВРШ может осуществляться не только за счет изменения подачи топлива, а также путем воздействия на шаг винта. Это значительно расширяет область эксплуатационных режимов энергетической установки, увеличивает возможность полного использования номинальной мощности ГД, улучшает маневренное качества судна, компенсирует влияние внешних факторов на характеристику винта и исключает режимы работы в области «тяжелого» винта.

При использовании установки с ВРШ можно выделить три основные возможные сочетания режимов работы ГД и ГВ:

1. Режим работы ГД при постоянной частоте вращения вала (n = const) и переменном шаговом отношении ГВ (H/D = var) где Н — шаг винта, D — его диаметр.

2. При работе двигателя с переменной частотой вращения вала (n = var) и изменяемым шаговым отношением (H/D = var).

3. Режим работы установки в условиях фиксированного шага, т.е. когда не меняется шаговое отношение (H/D = const), а мощность двигателя и частота вращения изменяются в соответствии с законом винтовой характеристики (n = var, N_e = cn³, где с — постоянная винтовой характеристики).

Первый вариант — управление ВРШ при постоянной частоте вращения, применяется для транспортных судов, траулеров и других типов судов, где есть возможность использования валогенератора на различных нагрузочных режимах работы двигателя.

Второй способ — управление путем изменения частоты вращения и шага винта, так называемое комбинаторное управление, применяется в основном для частичных нагрузок двигателя и маневренных режимов. Этот вариант, как показывает практика, позволяет снизить расход топлива по сравнению с другими способами управления.

Третий способ — работа ВРШ по характеристике фиксированного шага используется, как правило, на режимах полного хода.

Следует отметить, что при работе на ВРШ условия для перегрузки ГД становятся более вероятными, чем при работе на ВФШ, так как управление может осуществляется одновременно изменением подачи топлива на ГД и изменением шага ГВ. Т.е. в отличие от работы ГД на ВФШ в пропулъсивной установке с ВРШ вместо одного управляемого воздействия вводятся два (топливо и шаг ГВ).

Эти обстоятельства выдвигают специфические требования к назначению режимов работы ГД, к системам управления и зашиты. В программах дистанционного управления главным двигателем с ВРШ обычно предусматривается регулятор нагрузки, который связывает положение рейки топливного насоса и разворот лопастей винта, не допуская возможности перегрузки двигателя путем воздействия на изменение шага винта [5].

Как было показано в разделе 2 данного конспекта и в методических указаниях для выполнения курсовой работы, для установок с ВФШ разрабатываются паспортные диаграммы пропульсивной установки, на которых строятся графики изменения мощности ГД, полезной тяги винта и других показателей работы СЭУ в зависимости от скорости движения судна и частоты вращения ГВ. Такие графики, показывая взаимодействие ГД и ГВ, позволяют назначать и контролировать режимы работы пропульсивной установки в различных эксплуатационных условиях плавания судна.

В отличие от установок с ВФШ такую паспортную диаграмму для установок с ВРШ практически рассчитать и построить очень сложно, т.к. требуется увязать (согласовать) между собой значительно большее число изменяющихся показателей (N_e, H/D, n, v) работы пропульсивной установки (ПУ). Следовательно, для этой цели нужно рассчитать и построить множество частных паспортных диаграмм для различных условий плавания судна с ВРШ [11].